Önceden bilinmeyen etkinin keşfi, spin kübitlerinin kompakt, ultra hızlı kontrolünü mümkün kılar.
Yeni 'içsel spin-yörünge EDSR' işlemi kullanılarak birden çok kübitin nasıl kontrol edilebileceğini gösteren çizim. Resim: Tony Melov.
UNSW Sidney mühendisler, mantık kapılarını çalıştıran kuantum noktalarına yerleştirilmiş tek elektronları tam olarak kontrol etmenin yeni bir yolunu keşfettiler. Yeni mekanizma aynı zamanda daha az hantal ve daha az parça gerektiriyor, bu da büyük ölçekli silikon kuantum bilgisayarları gerçeğe dönüştürmek için gerekli olabilir.
Kuantum bilişim başlangıcında mühendisler tarafından yapılan şans eseri keşif dirak ve UNSW, dergide ayrıntılı olarak açıklanmıştır Tabiat Nanoteknoloji.
Kensington kampüsünde bulunan bir UNSW yan şirketi olan Diraq'ta kuantum işlemci mühendisi olan baş yazar Dr Will Gilbert, "Bu, daha önce hiç görmediğimiz ve ilk başta tam olarak anlamadığımız tamamen yeni bir etkiydi" dedi. . "Ancak bunun bir kuantum noktasındaki dönüşleri kontrol etmenin güçlü ve yeni bir yolu olduğu kısa sürede anlaşıldı. Ve bu çok heyecan vericiydi.”
Mantık kapıları, tüm hesaplamaların temel yapı taşıdır. Bilgileri işlemek için 'bitlerin' - veya ikili basamakların (0'lar ve 1'ler) - birlikte çalışmasına izin verirler. Ancak, bir kuantum bit (veya kübit) aynı anda bu iki durumda da bulunur - 'süperpozisyon' olarak bilinen bir koşul. Bu, klasik bilgisayarların ötesinde olan - bazıları katlanarak daha hızlı, bazıları aynı anda çalışan - çok sayıda hesaplama stratejisine izin verir. Qubit'lerin kendileri, bir veya birkaç elektronu yakalayabilen küçük nanocihazlar olan 'kuantum noktalarından' oluşur. Hesaplamanın gerçekleşmesi için elektronların hassas kontrolü gereklidir.
Manyetik alanlar yerine elektrik kullanmak
Kuantum noktalarını kontrol eden, metrenin milyarda biri büyüklüğündeki cihazların farklı geometrik kombinasyonları ile bunların operasyonlarını yürüten çeşitli minicik mıknatıslar ve antenlerle deneyler yaparken, Doktor Tuomo Tantu itibaren UNSW Mühendislik garip bir etkiyle karşılaştı.
Aynı zamanda Diraq'ta bir ölçüm mühendisi olan Dr Tanttu, "Birçok farklı cihaz, biraz farklı geometriler, farklı malzeme yığınları ve farklı kontrol tekniklerini yineleyerek iki kübitlik bir geçidi gerçekten doğru bir şekilde çalıştırmaya çalışıyordum" dedi. “Sonra bu garip zirve ortaya çıktı. Bu deneyleri yürüttüğüm dört yıl boyunca hiç görmediğim şekilde, kübitlerden birinin dönüş hızı hızlanıyor gibiydi.”
Daha fazla oku: En uzun süre: Kuantum bilgi işlem mühendisleri, silikon çip performansında yeni standartlar belirliyor
Mühendisler daha sonra keşfettiği şeyin, daha önce kullandıkları manyetik alanlar yerine elektrik alanlarını kullanarak tek bir kübitin kuantum durumunu manipüle etmenin yeni bir yolu olduğunu fark ettiler. 2020'de keşfin yapılmasından bu yana mühendisler, Diraq'ın tek bir çip üzerinde milyarlarca kübit inşa etme hırsını gerçekleştirmek için cephaneliklerinde başka bir araç haline gelen tekniği mükemmelleştiriyorlar.
Dr Gilbert, "Bu, kübitleri manipüle etmenin yeni bir yolu ve inşa etmesi daha az hantal - kobalt mikro mıknatıslar veya kontrol efekti oluşturmak için kübitlerin hemen yanında bir anten üretmenize gerek yok" dedi. “Her kapının etrafına ekstra yapılar yerleştirme gerekliliğini ortadan kaldırıyor. Böylece daha az dağınıklık olur.”
Yakındaki diğerlerini rahatsız etmeden tek elektronları kontrol etmek, silikonda kuantum bilgi işleme için gereklidir. Yerleşik iki yöntem vardır: çip üzerinde bir mikrodalga anten kullanan elektron spin rezonansı (ESR) ve indüklenmiş bir gradyan manyetik alana dayanan elektrik dipol spin rezonansı (EDSR). Yeni keşfedilen teknik, 'içsel spin-yörünge EDSR' olarak bilinir.
Dr Tanttu, "Normalde mikrodalga antenlerimizi tamamen manyetik alanlar sağlayacak şekilde tasarlarız" dedi. "Ancak bu özel anten tasarımı, istediğimizden daha fazla elektrik alanı üretti - ancak bu şanslıydı çünkü kübitleri manipüle etmek için kullanabileceğimiz yeni bir etki keşfettik. Bu senin için tesadüf.”
Silikonda kuantum hesaplamayı gerçeğe dönüştürme üzerine inşa etmek
"Bu, son 20 yıllık araştırmalarda geliştirdiğimiz tescilli teknoloji hazinesine katkıda bulunan yeni bir mekanizmanın mücevheridir" dedi. Profesör Andrew Dzurak, UNSW'de Kuantum Mühendisliğinde Scientia Profesörü ve Diraq'ın CEO'su ve kurucusu. Profesör Dzurak, onu inşa eden ekibe liderlik etti. silikondaki ilk kuantum mantık kapısı 2015 içinde.
"Egzotik malzemelere dayanmak yerine, esas olarak mevcut bilgisayar çipleriyle aynı yarı iletken bileşen teknolojisine dayanan, silikonda kuantum hesaplamayı gerçeğe dönüştürmek için çalışmalarımıza dayanıyor.
Araştırma ekibi: Profesör Andrew Dzurak, Dr Will Gilbert ve Dr Tuomo Tanttu. Fotoğraf: Grant Turner.
"Bugünün bilgisayar endüstrisi ile aynı CMOS teknolojisine dayandığından, yaklaşımımız ticari üretim için ölçeklendirmeyi kolaylaştıracak ve hızlandıracak ve tek bir çipte milyarlarca kübit üretme hedefimize ulaşacak."
CMOS (veya "see-moss" olarak telaffuz edilen tamamlayıcı metal oksit yarı iletken), modern bilgisayarların kalbindeki üretim sürecidir. Mikroişlemciler, mikrodenetleyiciler, bellek yongaları ve diğer dijital mantık devrelerinin yanı sıra görüntü sensörleri ve veri dönüştürücüler gibi analog devreler dahil olmak üzere her türlü entegre devre bileşenini yapmak için kullanılır.
Bir kuantum bilgisayar inşa etmek, "21. yüzyılın uzay yarışı" olarak adlandırıldı - karmaşık ilaçların ve gelişmiş malzemelerin tasarımı veya hızlı arama gibi aksi takdirde imkansız hesaplamaların üstesinden gelmek için devrim niteliğinde araçlar sunma potansiyeline sahip zorlu ve iddialı bir meydan okuma. büyük, sıralanmamış veritabanları.
Profesör Dzurak, "Sıklıkla Ay'a inmeyi insanlığın en büyük teknolojik harikası olarak düşünürüz" dedi. "Ama gerçek şu ki, bir senfoni gibi çalışmak üzere birbirine entegre edilmiş ve cebinizde taşıyabileceğiniz milyarlarca işletim cihazı içeren günümüzün CMOS yongaları, şaşırtıcı bir teknik başarı ve modern yaşamda devrim yaratan bir başarı. Kuantum hesaplama da aynı derecede şaşırtıcı olacak.”
Kaynak: Yeni döndürme kontrol yöntemi, milyar kübitlik kuantum çiplerini yakınlaştırıyor | UNSW Haber Odası
